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이 규제는 지난 1년 동안 엄격히 준수됐고, 중국의 첨단기술 추격이 계속되자 미국 안팎에서 이를 겨냥한 제재를 더 강화하고 있다.
중국은 첨단 칩 투자 및 수출을 제한하려는 미국의 노력에 반해 중국 자체 반도체 자급자족 발전을 강화했다. 시장에서는 아직 전반적으로 진보가 미흡하다고 평가하고 있다.
중국 공급업체가 장벽이 높지 않은 제조 공정 전에 웨이퍼 검사와 같은 간단한 작업 외에 큰 진전이 거의 없다고 본다.
규제와 자급자족의 1년, 중국 반도체 제조 현장의 현실
한 가지 주요 관심사는 화웨이 최신 5G 스마트폰에 탑재된 7나노 칩의 의미다. 과연 독자 기술로 이를 개발한 것인지에 대한 의문이 든다.
화웨이는 스마트폰용 고급 칩을 설계하는 데 매우 능숙하지만, 이를 제조하기 위해서는 첨단 장비와 소프트웨어가 필요하다. 미국의 제재로 인해 화웨이는 미국 장비와 소프트웨어를 사용할 수 없게 됐다.
화웨이는 중국의 SMIC에 칩 제조를 위탁하고 있지만, SMIC는 미국 장비를 사용하고 있다. SMIC는 미국 정부로부터 라이선스를 받지 않고 화웨이에 칩을 제공할 가능성이 높다. 이는 미국 수출 통제를 위반하는 행위가 된다.
또한, 화웨이의 칩 설계에 사용되는 핵심 소프트웨어인 EDA 도구에는 미국 EDA 도구가 포함될 가능성이 높다. 미국 정부는 화웨이가 이를 해킹, 미국 기술을 도용할 수 있다고 우려하고 있다.
이런 문제는 화웨이의 스마트폰 사업에 큰 타격을 줄 수 있으며, 중국에서 자급자족으로 첨단기술을 개발한 것이 아니라는 점을 입증하는 사례다.
일부 보고서에 따르면 중국의 EDA 시장은 성장하고 있으며, 2020년에는 약 9억890만 달러였고, 2026년에는 약 13억7296만 달러를 돌파할 것으로 예상된다. 글로벌 EDA 시장 규모는 2022년 약 127억 달러로 성장했고, 2026년까지 연평균 9.46% 성장해 약 183억7000만 달러에 이를 전망이다. 중국의 시장 점유율이 점차 증가하고 있음을 보여준다. 이에 미국의 수출 통제가 EDA 도구 및 자본 장비에 가속화될 수 있다.
중국 정부의 지원과 중국 반도체 산업의 성장으로 EDA 기업에 대한 수요가 증가하고 있지만, 중국 EDA 기업은 아직 글로벌 3강과 경쟁하기에는 최첨단 프로세스 지원과 설계 자동화 기술이 부족하고 중국 이외의 지역에서 시장 점유율이 낮다.
자본 장비의 경우 중국 공급업체는 조립 및 테스트용 장비에서 진전을 이루었지만, 주요 초점은 제조 자본 장비다. 특히 수출 규제 이후로 고급 제조 노드에서는 상황이 훨씬 더 제한되고 있다.
제조에 가장 중요한 네 가지 장비 유형은 리소그래피, 증착, 에칭 및 공정 제어(검사 및 계측) 장비다.
리소그래피 장비는 일본의 일부 경쟁업체와 함께 네덜란드의 ASML이 지배하고 있다. 중국은 이미 최첨단 장비인 극자외선(EUV) 리소그래피 장비를 구매할 수 없으며, 2023년 9월부터는 ASML의 두 번째 첨단 장비인 불화아르곤 침지(ArFI) 심자외선(DUV) 장비도 구매할 수 없다.
중국의 SMEE(Shanghai Micro Electronics Equipment)는 수년간의 광고에도 불구하고 아직 팹 준비가 된 장비를 출시하지 못하고 있다. 그러나 SMEE가 올가을 28nm 공정에 적합한 리소그래피 장비를 출시할 것이라는 얘기가 다시 나오고 있다. SMEE가 만약 이를 달성하더라도 여전히 기술에서 훨씬 뒤처져 있다.
증착(얇은 층의 재료를 추가한 다음 화학반응을 유도하기 위해 에너지를 추가)에서는 피오테크, 나우라, AMEC, ACMR, 완예 등 최소 5개 중국 업체가 장비 대량 생산을 담당하고 있다. 피오테크와 나우라는 시장 점유율 기준 주요 공급업체다. 전체적으로 중국 현지 공급업체는 2020년 중국 국내 파운드리 구매의 8.5%에서 2022년 첫 10개월 동안 25%로 시장 점유율을 확보했다.
그러나 중국 생산업체들은 여전히 후미 공정과 중요하지 않은 공정에서 주로 시장 점유율을 늘리고 있다. 첨단 에피택시 및 원자층 증착(ALD)과 같은 중요하고 최첨단 응용 분야에서 중국 생산업체는 전혀 진전이 없다.
더 작은 리소그래피 라인 폭과 3D 칩 아키텍처 모두 더 많은 양의 증착이 필요하기 때문에 증착 단계는 고급 제조 노드에서 더 자주 사용된다. 이에 따라 증착 장비에 대한 수요가 증가하고 있다. 첨단 공정에서 증착 사용 증가는 수출 통제 덕분에 대부분의 첨단 공정 용량이 해외에 있고, 외국 생산자가 중요한 작업에 중국 장비를 사용하기로 약속할 가능성이 낮다.
식각(웨이퍼에 증착된 물질을 선택적으로 제거하는 것) 장비는 램 리서치, 일본 도쿄전자, 어플라이드 머티리얼즈가 주도하고 있으며, 낸드의 경우 제조 노드의 기술 프런티어가 논리적으로 14/16나노에서 5나노로, 64층에서 192층으로 향상됨에 따라 식각장비 시장은 두 배로 증가했다.
중국 기업이 에칭 장비 시장에서 첨단이 아닌 후행 노드 또는 심지어 성숙 노드에서 성과를 내고 있다. 에칭 장비는 반도체 제조 공정에서 사용되는 장비 중 하나로, 반도체 소자의 표면을 원하는 모양으로 깎아내는 역할을 한다. 에칭 장비는 노드가 작아질수록 더 높은 정밀도를 요구하기 때문에 기술력이 요구되는 분야다.
공정 제어 장비는 제조 수율에 직접적인 영향을 미치기 때문에 중요한 장비다. 따라서 그런 장비의 구매자는 입증되지 않은 신규 제품을 시도하는 데 매우 신중하다. 이 분야는 기술 진입 장벽이 가장 높은 분야다. 기존 공정 제어 장비 기업이 새로운 경쟁자보다 유리한 위치를 점하고 있어 중국의 신생 기업들이 점유율을 확대하기 쉽지 않다.
중국의 반도체 산업 자급자족 목표는 강고
SMIC가 화웨이의 Mate 60 Pro 칩을 제조하면서 미국은 SMIC에 관해 매우 느슨하게 라이스를 추구해 왔다는 것을 인정하고, 미국 상무부는 의회에서 모든 허점을 폐쇄할 것이라고 말했다. 그러한 조치가 취해지고 더 이상 첨단 DUV 기술이 중국에 전달되지 않으면, 첨단 노드에서 용량을 늘리는 중국의 능력은 제한될 수밖에 없다.
중국은 중국 장비 공급업체가 중국의 성숙한 팹에 장비를 공급할 수 있지만, 첨단 공정에 필요한 장비는 여전히 공급하지 못하고 있다.
하지만 중국의 주요 강점은 칩에 대한 대규모 시장 수요, 칩 설계 및 논리 공정 기술 분야에서 숙련된 다수의 엔지니어, 정부 지원이다. 반면, 중국의 산업적 약점은 핵심 투입물, EDA, 특히 자본 장비가 기술이 낮다는 것이다.
정부 지원은 기업 경영에 과도한 정부 개입을 조장하고 성과 이외의 지표에 따라 자본을 배분한다는 점에서 양날의 검이기도 하다.
미국에는 칩 설계(예: 엔비디아), 제조(예: 인텔) 및 주요 분야에 최고 경쟁력을 갖춘 기업이 있다. 그러나 20년 넘게 한국·대만의 적극 정책에 비해 상대적으로 방치한 결과 미국의 심층 역량 중 일부가 위축됐다. 칩스법은 이런 한계를 바로잡기 위한 시작이었다.
그러나 미국은 칩스법이 5년 기간으로 종료되기에 칩 산업 혁신에 자금을 조달하는 방법이 현재로서는 마땅치 않다. 미국 벤처캐피털은 초기 비용이 높고 성공 확률이 높지 않은 반도체 투자에 관심이 적다. 이에 반해 중국은 엄청난 인내심을 갖고 정부가 반도체 산업 육성을 지원하고 있다.
중국은 현재 경제적 불안을 겪고 있지만, 중국의 반도체 개발 발전에 한 치의 양보도 없다는 입장이다.
올해 출시된 반도체 빅 펀드의 세 번째 조달에서 지방정부의 참여가 감소한 것이 확인됐다. 이는 지방정부 부채가 중국의 전략적 관심 분야에 영향을 미치기 시작했음을 시사한다. 하지만 중앙정부가 거대 기금의 필요한 액수 조달에 나서고 있어 반도체 산업에 대한 투자는 계속될 전망이다.
박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com
